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发生弹簧疲劳辉纹的条件及影响因素

  • 发布时间:2020-05-18

  • 编辑:弹簧寿命

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  (1)疲劳裂纹产生的必要条件特别是,什么样的材料是疲劳裂纹上存在疲劳裂纹的必要条件,即疲劳弹簧裂纹必须处于平面张开应变状态。因此,只有当疲劳横截面和疲劳载荷拉应力为直线型(即正常断裂)时,才会出现疲劳火花。

  

发生弹簧疲劳辉纹的条件及影响因素

  图6-34是一个中心切割板的样品,它在反复的拉应力作用下断裂。观察其截面的四个区域可以发现疲劳发光的一些规律。

  

  A)区域:切口狭窄前缘为弹簧裂纹扩展的阶段,其断裂特征为滑移分离、解理或产物间断裂。

  

  B)区域:拉伸应力轴垂直于弹簧裂纹面,处于打开平面应变状态,停止表面出现疲劳裂纹

  

  c)区域:拉伸应力轴与断面交角由90°变化到45°,断山特征也呈现出从沉默辉光型向疲劳火花型+微坑和微坑的过渡。条纹消失,

  

  D)区域:最终破碎区域,陨石坑断裂或晶界小面。

  

发生弹簧疲劳辉纹的条件及影响因素

  各个区域的微观特征如图6-34所示。疲劳辉光线被限制在开口型附近的区域。完全切断的街道表面是一个微坑模式。这种现象存在于不同类型的试样和疲劳载荷中。例如,对于圆形光滑试件的重复扭转,随着应力强度因子幅值△K的变化,截面会发生复杂的变化,从截止型到正态突变型。这时,疲劳闪耀仍局限于附近地区正常骨折类型:这里还应该指出,由于疲劳断裂的宏观断口表面通常是不均匀的,宏观断口表面和当地的小截面等于正应力的斜率可能不一致。例如,一个带口的圆形试件,反复遭受扭转疲劳,其宏观横截面被切断,但许多局部区域却处于正常断裂状态。此时部分正态断裂面也存在疲劳折痕。

  

  因此,从断裂力学的角度来看,白度作为疲劳裂纹存在的必要条件是弹簧的裂纹必须处于张开的平面应变状态。这不仅仅是从宏观的角度来看。即整个弹簧裂纹前沿处于平面应变状态。还必须强调,在平面应变条件下,局部区域处于应力状态。例如,6-34的面积(b)是正常的,但它没有在表面附近形成疲劳发光。原因是它离样品表面很近。,不能满足平面应变片。

  

  然而,开孔平面应变条件只是疲劳闪片形状的必要条件,并不是一个充分的承载条件,因此,如果试件已经满足平面拉伸变形条件,是否形成疲劳图案,需要考虑以下两个因素。

  发生弹簧疲劳辉纹的条件及影响因素

  (2)材料性能与疲劳发光线、材料组成的关系。组织因素和力学性能与疲劳裂纹的存在与否及其形态之间的关系十分复杂,难以用一般规律来解释。所得结果极不一致。至于各种因素中哪一个是要素,还没有明确的结论。然而,大量事实证明,塑性材料更容易形成疲劳,脆性材料更难形成疲劳。例如,对于合金钢,平面应变断裂韧性值Kr越高,也会出现疲劳辉光痕,这可能是由于不同韧性变形的难度造成的。

  

  材料的晶体结构和滑移方式对疲劳条纹有很大的影响。例如,锕铜合金堆码断裂能低,不容易发生错滑,有利于疲劳条带的形成。对于体心立方体,铁等金属具有较多的堆积断裂能和高滑移体系,易发生错动滑移,不易形成疲劳条痕。上述现象可以作为一般规律来使用吗?要做到这一点,我们还需要做一些循序渐进的工作。

  

发生弹簧疲劳辉纹的条件及影响因素

  晶界在博老弹簧的裂纹发展过程中起着重要的作用:在产品晶界处,弹簧裂纹的前缘被堵塞,当弹簧裂纹从一粒到相邻的晶粒时,耀斑又会发生变化。如图6-35所示。

  

  第二相颗粒对晶粒保护作用相似,疲劳火花的数量与钢中的碳含量有关。在不同代钢的大部分断口上,光滑断口处均发现有微弯曲平行的犁沟状辉光线,在碳化物颗粒和片状火屑方向上台阶密度越来越大。在粗颗粒周围,博罗辉光线发生弯曲而产生台阶。弹簧裂纹传播的前沿就是在轻碎屑中!周边加固区域受阻。这可能是图案弯曲的主要原因。

  

发生弹簧疲劳辉纹的条件及影响因素

  (3)环保能源

  

  环境因素,如环境气体、湿度、腐蚀性介质等都会以一种特殊的方式影响疲劳纹的存在和形态,无论其程度如何。但是现在这方面的研究还不够。

  

  有些弹簧材料在真空中与在空气中破碎的形状有显著的差异,如铝金。在空气中容易出现疲劳条痕,但在真空中看不到疲劳条痕,如图6-36所示。2024-T3铝合金试样在真空和空气中交替进行疲劳试验断裂。(a)这幅图显示了一个宏观断裂,在空气中是黑色的,在真空中是白色的。(b)这是一张显微照片。边缘的表面是在真空中形成的。不仅没有劳动辉光,甚至很难发现其他特征的疲劳断裂,但在空气中形成的表面却有明显的疲劳辉光。

  

  有些物质在真空中也象在空气中一样。例如,在真空中,MAR-M260单晶的断裂可以看到清晰的疲劳辉光,如图6-37所示

  

  据报道,在色情气体环境和真空中,辉光线难以观察,da / dN变小。此外,在盐水腐蚀环境中,断裂上垂直弹簧裂纹的方向往往表现为舌状和河流状。对于脆性辉光线,当da / dN增大时,从辉光线间距得到的da / dN与实际弹簧裂纹扩展速率不一致。

  

发生弹簧疲劳辉纹的条件及影响因素

  在氧气和水汽中,da / dN与气压有关,存在da / dN突变的临界压力。如图6-38所示,给出了氧压力与316不锈钢的da / dN之间的关系。

  

  有一个明显的临界压力。当大于临界压力时,da / dN急剧增加:在氢中,da / dN也随着输出的增加而增加,但没有明显的临界压力。

  

  混合气体对疲劳的影响取决于先吸附哪一种气体。图6-39为不同气体环境下HY180钢的弹簧裂纹扩展速率。这种情况下的断裂具有腐蚀和疲劳的双重特征。

  

  环境温度也是一个重要因素。图6-40为温度对da / dN的影响。当然,它也影响疲劳发光的存在和形状。在273°K左右,65% Ni-33% Cu合金也呈现同样的趋势,断口沿晶断裂可达60 ~ 70%。

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